定西地區(qū)紡織污水處理設(shè)備

  紡織印染業(yè)作為我國重要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，在其退漿、煮練、絲光、染色、印花以及水洗等過程中會用到大量的油、酸、堿、纖維雜質(zhì)、無機(jī)鹽、表面活性劑、漿料、染料和化學(xué)助劑等，導(dǎo)致所產(chǎn)生的廢水不但量大，且廢水水質(zhì)變化大、有機(jī)物濃度高、色度高、pH高以及可生化性差，屬于難降解的工業(yè)廢水之一〔1, 2〕。定西地區(qū)紡織污水處理設(shè)備

　　為控制太湖流域重點(diǎn)行業(yè)排污總量，江蘇省政府在2007年頒布了《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水 處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2007)，將印染廢水的CODCr排放指標(biāo)由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80 mg/L提高到50 mg/L，氨氮(NH4+-N)由10 mg/L提高到5 mg/L。對太湖地區(qū)的印染行業(yè)而言，要達(dá)到江蘇省太湖地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是CODCr指標(biāo)和氨氮指標(biāo)仍有一定的難度。這兩項指標(biāo)直接導(dǎo)致了該地區(qū)印染行業(yè)廢水回用率不到50%的結(jié)果，這一回用率在全國各行業(yè)中水回用率中是較低的〔3〕。

　　為了能夠?qū)崿F(xiàn)氨氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，目前在工程應(yīng)用中多利用缺氧-好氧工藝(即A/O生物工藝)進(jìn)行脫氮。然而，常規(guī)A/O工藝存在如下缺陷：(1)硝化與反硝化過程均始終要重復(fù)經(jīng)歷抑制-復(fù)蘇-抑制-復(fù)蘇的過程。如硝化菌，當(dāng)其處于缺氧段時，其活性會受到一定的抑制，而當(dāng)它再次進(jìn)入硝化段時又需要一段恢復(fù)活性的過程，對反硝化菌也同樣如此。這樣的結(jié)果就是整個硝化與反硝化過程都要重復(fù)經(jīng)歷抑制階段，從而導(dǎo)致各反應(yīng)區(qū)內(nèi)的主體反應(yīng)速度變緩。(2)優(yōu)勢菌種不明顯。在A/O工藝中，硝化菌與反硝化菌是一個龐雜的混合體。只是在不同的處理階段和不同的外界環(huán)境下，菌種的活性表現(xiàn)有所差異。(3)來自好氧池出水的內(nèi)回流往往含有較高的溶解氧(DO)，使反硝化段難以保持理想的缺氧狀態(tài)，從而對缺氧池的反硝化過程產(chǎn)生一定的抑制作用〔2〕。

　　為此，筆者通過改變泥水回流方式及微生物培養(yǎng)方式，并添加自主的新型填料后，形成改良型A/O生物膜工藝，并以預(yù)處理后的實(shí)際印染廢水為處理對象，對改良型A/O生物膜工藝在脫除有機(jī)物及氮磷方面的效果進(jìn)行了研究，以期為今后的工程應(yīng)用提供參考與借鑒。

　　1 實(shí)驗(yàn)裝置與工作原理

　　實(shí)驗(yàn)裝置采用有機(jī)玻璃制作，尺寸為80 cm×40 cm×55 cm，總?cè)莘e150 L，包括缺氧池(A池)、好氧池(O池)和后續(xù)沉淀池3部分。A池與O池的容積比為1∶3。O池底部采用穿孔管曝氣，氣水比為(10~16)∶1。硝化液回流由沉淀池出水通過計量泵回流至A池進(jìn)水端，回流比為200%。A池與O池內(nèi)部添加SJ-Ⅲ新型填料，均勻布置于反應(yīng)器內(nèi)，填充率約為68%(體積比)。SJ-Ⅲ填料為江蘇蘇凈集團(tuán)有限公司提供的纖維編織產(chǎn)品，其直徑約5.5 cm，表面粗糙度0.2 μm，1 cm干燥產(chǎn)品質(zhì)量為1.1 g，膜后質(zhì)量密度160~240 kg/m3，單絲強(qiáng)力60~80 N，比表面積2 000~3 500 m2/m3。

　　工藝特征：(1)池體內(nèi)增設(shè)填料后，可以將硝化菌及反硝化菌固定在各自的反應(yīng)器內(nèi)，避免抑制過程的發(fā)生，提高反應(yīng)器的脫氮速率及效率;(2)池體內(nèi)投加填料不但可以加強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi)所需的微生物菌種數(shù)量，而且可以利用填料對其進(jìn)行分相培養(yǎng)，使其成為所需的優(yōu)勢菌種，并通過保持反應(yīng)器內(nèi)所需的生物環(huán)境，使其始終處于的狀態(tài);(3)對O池而言，投加填料還能有效提高好氧池內(nèi)氧的傳遞及利用效率，大大增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性〔4〕;(4)內(nèi)循環(huán)由原來的O池出水回流改為由沉淀池出水回流。如此則有利于保持A池的缺氧狀態(tài)，改善反硝化效果。

　　在該改良型A/O生物膜工藝中，廢水*入A池，然后再進(jìn)入O池。由于硝化菌和反硝化菌固定在反應(yīng)器內(nèi)的填料上，不但生物量大，且始終處于的狀態(tài)，因此，能夠?qū)λ械陌钡M(jìn)行快速硝化與反硝化，達(dá)到高效脫氮的目的。

　　2 實(shí)驗(yàn)過程

　　2.1 原水水質(zhì)

　　實(shí)驗(yàn)所用印染廢水取自杭州市蕭山區(qū)某印染廠，該廢水由高濃度脫漿廢水和低濃度染色廢水經(jīng)物化及厭氧水解工藝預(yù)處理后的混合液組成，其中CODCr為615~805 mg/L，可生化性為0.30~0.45，氨氮16.1~30.7 mg/L，總氮31.4~45.7 mg/L，總磷0.68~1.58 mg/L，pH 8~10。

　　2.2 接種污泥

　　接種污泥一部分取自杭州市蕭山區(qū)某印染廠好氧池內(nèi)經(jīng)靜沉后的活性污泥，其TSS 12.6 mg/L，VSS 7.5 mg/L，VSS/TSS=59.5%;另一部分取自污水廠污泥濃縮池中的污泥，其TSS 23.8 mg/L，VSS 16.9 mg/L，VSS/TSS=71.0%。

　　該填料具有較大的比表面積和粗糙度，易為微生物附著，能夠形成良好的微生物生態(tài)圈，正常運(yùn)行的反應(yīng)器內(nèi)微生物質(zhì)量濃度可達(dá)5~8 g/L左右。膜纖維中還穿插有硬質(zhì)塑料線，使得填料不易變形，抗水流沖擊能力強(qiáng)，抗拉性能好。另外，填料成本低廉，約在4~5元/m，適合各種水量的處理。

　　2.3 分析指標(biāo)及方法

　　CODCr采用快速密閉消解后以重鉻酸鉀法測定，NH4+-N采用納氏試劑分光光度法測定，TN采用紫外分光光度法測定，硝酸鹽氮采用酚二磺酸分光光度法測定，TP采用鉬酸銨分光光度法測定〔5〕，污泥濃度(MLSS)采用烘干稱量法測定，DO采用便攜式DO測定儀測定，pH采用pH計測定，溫度采用溫度計測定。

　　2.4 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行

　　首先對反應(yīng)器進(jìn)行污泥培養(yǎng)馴化。參照A池與O池反應(yīng)器體積比，各取濃縮污泥3.75 L和活性污泥11.25 L，分別加入A池與O池反應(yīng)器內(nèi),再加滿待處理印染廢水，控制曝氣量，使泥水充分混合，靜態(tài)運(yùn)行1周，目的是使微生物適應(yīng)廢水水質(zhì)，同時使填料上附著盡可能多的微生物。在污泥馴化期內(nèi)，每隔12 h更新反應(yīng)器內(nèi)水樣，每次更新水量占反應(yīng)器總水量的25%。1周后采用全流量連續(xù)進(jìn)出水，進(jìn)水量控制在3.5 L/h。馴化1周后可明顯看見填料上均勻布滿大量淡黃色黏性微生物膜。此時CODCr去除率達(dá)到50%，表明馴化過程結(jié)束。隨后流量調(diào)至5.5L/h，連續(xù)進(jìn)出水，每日2次測定反應(yīng)器進(jìn)出水各項指標(biāo)。

　　3 結(jié)果與討論

　　3.1 CODCr去除效果

　　反應(yīng)器正常運(yùn)行后，每天對進(jìn)出水CODCr進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖 2所示。

　　從圖 2可以看出，改良型A/O生物膜反應(yīng)器在培養(yǎng)馴化結(jié)束時對CODCr的去除率在50%左右，經(jīng)連續(xù)5周運(yùn)行后，出水CODCr去除率平均達(dá)92.2%。當(dāng)進(jìn)水CODCr平均717.7 mg/L時，出水CODCr可穩(wěn)定在50 mg/L以下，*達(dá)到江蘇省太湖地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.2 氨氮去除效果

　　對于工業(yè)廢水中氨氮的去除，目前采用較多的技術(shù)仍然是硝化反硝化技術(shù)，即A/O工藝。對常規(guī)的A/O工藝來說，內(nèi)循環(huán)比的大小直接決定著脫氮率的高低。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要保持較高的脫氮率(如70%以上)時，內(nèi)循環(huán)比通常在200%~400%。而如此高的內(nèi)循環(huán)比則意味著反應(yīng)器容積較大、造價較高，而且循環(huán)泵的電耗也非常大。因此，目前大多數(shù)工業(yè)廢水的生物脫氮率都難以超過70%。

　　研究通過對傳統(tǒng)A/O工藝在微生物培養(yǎng)方式以及泥水回流方式方面的變化，并增設(shè)特殊填料后，期望達(dá)到同步脫氮除碳的效果。

　　從圖 3可以看出，反應(yīng)器對氨氮的去除率隨著反應(yīng)器的運(yùn)行逐漸升高。在初的2周內(nèi)，氨氮去除率只有40%左右。當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行5周后，反應(yīng)器對氨氮的去除率接近90%，平均去除率達(dá)到86.9%，出水氨氮能穩(wěn)定維持在5 mg/L以下，*達(dá)到江蘇省太湖地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　分析認(rèn)為：氨氮去除率高的原因，與系統(tǒng)添加特殊填料、污泥培養(yǎng)方式以及泥水回流方式等均有直接關(guān)系。一方面通過添加填料能使每個反應(yīng)器內(nèi)優(yōu)勢菌種固定下來，使其始終處于的狀態(tài)，達(dá)到高效脫氮的效果;另一方面，填料的特殊結(jié)構(gòu)使得該填料上附著的微生物數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)填料上的微生物量，而微生物量的多少對于有機(jī)物及脫氮率有直接的影響。這可能是該新型填料能改善脫氮效果的重要原因。

　　而且在O池內(nèi)，由于生物膜厚度較厚，不同膜層中由于微生物所處的微氧環(huán)境不同，微生物種群類型也有差異。處于表層的生物膜主要以異養(yǎng)型的好氧菌(包括硝化菌)為主，中間層的微生物則主要以兼氧型的菌種為主(包括反硝化菌)，而處于膜深層中的微生物則主要以厭氧型菌種為主。因此，脫氮過程除了A/O工藝本身所帶來的效果之外，在好氧池內(nèi)也會發(fā)生同步硝化反硝化過程。

　　另外，泥水回流方式也能使缺氧池內(nèi)的DO始終處于0.5 mg/L以下。而微生物的分相培養(yǎng)則使微生物始終處于的狀態(tài)。上述幾方面疊加使得該A/O生物膜工藝具有非常高的脫氮效果。

　　3.3 硝酸鹽氮去除效果

　　為了進(jìn)一步考察系統(tǒng)對實(shí)際印染廢水中氨氮的硝化效果，以及硝酸鹽在反應(yīng)器內(nèi)的積累程度，實(shí)驗(yàn)每隔5 d對反應(yīng)器中的硝酸鹽含量測定1次

　　根據(jù)圖 3對氨氮的去除率，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)對出水中硝酸鹽氮含量的監(jiān)測結(jié)果，可知系統(tǒng)脫氮效果明顯，出水硝酸鹽氮的平均質(zhì)量濃度低于2 mg/L，積累效果不顯著。這是由于不同環(huán)境之間連續(xù)的傳質(zhì)過程，使得硝化和反硝化過程變得高效且連續(xù)，且在O池內(nèi)能同時發(fā)生硝化與反硝化過程，從而減弱了中間產(chǎn)物如硝酸鹽、亞硝酸鹽等對微生物代謝活動的抑制作用，促進(jìn)了對水中氨氮的高效去除。

　　3.4 總氮去除效果

　　為了考察改良型A/O生物膜工藝對總氮的脫除效果，實(shí)驗(yàn)對系統(tǒng)進(jìn)出水總氮進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，

　　由圖 5可以看出，系統(tǒng)對總氮的去除率在初的一段時間內(nèi)呈下降趨勢。隨著污泥性能的穩(wěn)定并逐漸適應(yīng)該廢水后，總氮去除率逐漸上升。在運(yùn)行第5周后，總氮平均去除率達(dá)到84.8%，實(shí)現(xiàn)了高效脫氮的目的。這進(jìn)一步證明了系統(tǒng)采用污泥分相培養(yǎng)及增設(shè)特殊填料的方法對于改善系統(tǒng)的脫氮性能有著顯著的影響。

　　然而，實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把內(nèi)回流比增大到300%后，系統(tǒng)對總氮的脫除效果并沒有明顯增加。分析認(rèn)為這主要與生物膜的特性有關(guān)。因?yàn)楫?dāng)生物膜的厚度增大到一定程度后，底物從膜表面滲透到膜內(nèi)部過程中，會有一定的阻力。回流比的增大能夠加快膜表面的硝化與反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，但是對于底物的滲透過程則不會有顯著的影響。另外，膜表面與廢水接觸的微生物量的增量遠(yuǎn)小于內(nèi)回流量的增量。因此，當(dāng)回流比足夠合適時，繼續(xù)增大回流比并不能顯著提高脫氮效果。

　　3.5 總磷去除效果

　　實(shí)驗(yàn)期間還考察了改良型A/O生物膜法對實(shí)際印染廢水中總磷的去除情況，結(jié)果見圖 6所示。

　　圖 6結(jié)果顯示，通過前期的預(yù)處理，進(jìn)入到A/O系統(tǒng)中的總磷平均在1.3 mg/L左右。隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，總磷去除率在后期呈上升趨勢，去除率接近70%，出水總磷保持在0.5 mg/L以下，這個數(shù)值對于A/O脫氮系統(tǒng)來說不算太低。這一方面得益于微生物自身的需要對磷酸鹽的攝取，另一方面也說明，生物膜中存在聚磷菌的富集，如反硝化聚磷菌等〔6, 7〕。但是聚磷菌從外部環(huán)境吸收的磷，只能通過將含磷污泥排出系統(tǒng)達(dá)到除磷的目的，因此，如應(yīng)用于工程實(shí)踐時，需要對A/O系統(tǒng)定期排泥。

　　然而，對于總磷含量較高的印染廢水，仍然需要設(shè)置前置或后置的化學(xué)除磷設(shè)施，以確保總磷能長期達(dá)標(biāo)排放。

　　3.6 填料掛膜前后特征

　　改良型A/O生物膜工藝連續(xù)運(yùn)行5周后，對掛膜前后填料表面特征進(jìn)行了對比。通過觀察發(fā)現(xiàn)，由于填料絲相互纏繞并伸展至水中，使生物膜具有立體結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器中填料表面生物膜分布均勻，反應(yīng)器中活性污泥大部分附著在填料上，只有極少量的污泥懸浮在反應(yīng)器中。

　　其中，A池填料由初的白色變?yōu)榛液稚盍媳砻嫔锬そY(jié)構(gòu)密實(shí)，厚度較厚;O池填料外觀為黃褐色，生物膜結(jié)構(gòu)密實(shí)，厚度較A池略薄。將填料在水中用力抖動，會有少量污泥脫落。

　　在該改良型A/O生物膜工藝中，填料上附著的活性生物膜與普通填料產(chǎn)生的生物膜雖無本質(zhì)區(qū)別，但厚度卻有顯著差異。常規(guī)填料如立體彈性填料上附著的生物膜厚度多在0.1 mm以下，而研究所采用的填料由于具有*的表面結(jié)構(gòu)及較大的比表面積，更易為微生物所附著，因此，生物膜不但形成速度快，厚度也是傳統(tǒng)填料的1~2倍。根據(jù)對兩個反應(yīng)器中污泥濃度MLSS的測定，A池和O池中MLSS分別約為7 251、5 867 mg/L。生物膜越厚，代表單位容積的微生物數(shù)量也越大，處理效率和處理速率也越高。

　　鏡檢發(fā)現(xiàn)，A池填料上的生物菌落主要以鞭毛蟲和草履蟲等為主。O池填料上的生物菌落含有少量絲狀菌以及原生動物和后生動物，包括輪蟲、累枝蟲和線蟲等，而鐘蟲難以覓見。這些種類不一、功能繁多的微生物組成了一種相互、相互影響的生態(tài)平衡關(guān)系，共同促進(jìn)了對廢水中有機(jī)物、氨氮及總磷等的去除，使污水得到凈化。

　　4 結(jié)論

　　(1)通過對常規(guī)A/O脫氮工藝的泥水回流方式和污泥培養(yǎng)方式進(jìn)行改變，并添加特殊填料后，形成具有生物膜特征的改良型A/O生物膜脫氮除碳工藝。該工藝能使污泥固定在各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行分相培養(yǎng)，并使其成為優(yōu)勢菌種，同時使反應(yīng)器內(nèi)的微生物始終處于的狀態(tài)，從而提高常規(guī)A/O系統(tǒng)的處理效果。

　　(2)系統(tǒng)對實(shí)際印染廢水的CODCr、氨氮、總氮、總磷的去除效果較好，去除率可分別達(dá)到92.2%、86.9%、84.8%、69.6%。系統(tǒng)出水主要指標(biāo)*達(dá)到《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2007)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　(3)系統(tǒng)對預(yù)處理后的印染廢水中總磷處理效果較好，出水總磷低于0.5 mg/L。對于總磷含量較高的印染廢水，需要設(shè)置前置或后置的化學(xué)除磷設(shè)施，以確保總磷能長期達(dá)標(biāo)排放。